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WO2012013759A2 - Messvorrichtung und walzgerüst sowie verfahren zum betreiben der beiden vorrichtungen - Google Patents

Messvorrichtung und walzgerüst sowie verfahren zum betreiben der beiden vorrichtungen Download PDF

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WO2012013759A2
WO2012013759A2 PCT/EP2011/063052 EP2011063052W WO2012013759A2 WO 2012013759 A2 WO2012013759 A2 WO 2012013759A2 EP 2011063052 W EP2011063052 W EP 2011063052W WO 2012013759 A2 WO2012013759 A2 WO 2012013759A2
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WO
WIPO (PCT)
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signal
position sensor
signal converter
actuator
output
Prior art date
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PCT/EP2011/063052
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English (en)
French (fr)
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WO2012013759A3 (de
Inventor
Stefan Brombach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Siemag AG
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Publication date
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Publication of WO2012013759A3 publication Critical patent/WO2012013759A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/3473—Circular or rotary encoders
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1071—Measuring or testing
    • H03M1/1076—Detection or location of converter hardware failure, e.g. power supply failure, open or short circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip

Definitions

  • the invention relates to a measuring device with a position sensor for generating a position encoder measuring signal, which represents the respective current position of an actuator, and a signal converter device for converting the position encoder measuring signal into a converter output measuring signal having a desired signal format.
  • the signal converter device is further configured to perform an integrated first monitoring function by comparing the amplitude of the position encoder measuring signal with a predetermined amplitude threshold value.
  • the invention relates to a corresponding measuring method, a roll stand with the said measuring device and a method for operating the roll stand.
  • the rolling stands typically have two working rolls set against each other, which span a roll gap, for rolling the rolling stock.
  • the rolling stands can also have support and intermediate rolls.
  • the rolls are typically set or positioned by hydraulic cylinders as desired.
  • the position of the adjusting cylinder or the rollers is typically detected and monitored by means of position encoders.
  • position encoders typically magneto-magnetic, magnetoresistive, inductive or special sensors such as LVDT linear variable transformers have been used as locators.
  • Other measuring principles, for example capacitive ones are virtually not used because either the required measuring range can not be covered or the measuring accuracy is insufficient or because these position encoders can cope with the difficult ambient conditions. conditions when used on rolling stands (for example, high temperature or high humidity) can not withstand.
  • the position encoder measurement signal generated by the traditionally used position sensors is fed via a signal line to a signal converter which reads the position encoder measurement signal and converts it into a desired signal format, for example into a signal format suitable for a subsequent further processing. Finally, the converted signal is output via a further signal line to a control device, for example for the rolling stand.
  • the traditional signal converter devices also perform various monitoring functions. These are, for example, monitoring the speed with which the position transmitter or an associated actuator is moved, monitoring the supply voltage provided for the position transmitter or monitoring the quality of the position sensor measuring signal, in particular by evaluating its amplitude. The results of these surveys are also traditionally provided at typically digital status outputs of the signal wall device for further use and processing.
  • the tapping of this status information can be done for example with the help of a professional bus.
  • An example of a traditionally used signal converter, also called a gateway, which is suitable for connection to the Profibus, is, for example, the signal converter "Profibus DPVO" from Leine & Linde GmbH, Aalen, Germany
  • These monitoring functions in the signal conditioners condition monitoring
  • the signal converter devices are always specially adapted to the particular position transmitter used, in particular to the position sensor measurement signal generated by it.
  • Signal converter devices with the mentioned monitoring functions for realizing a desired condition monitoring are currently only available for the abovementioned traditionally used magnetostrictive, magnetoresistive or LVDT sensors.
  • Such a measuring system consisting of position sensors and signal converters tuned thereto, as used in particular for rolling stands, is produced, for example, by Magnescale Europe GmbH, Mori Seiki Co. Ltd. offered.
  • the position encoder comprises a scale MSS 976 R and a read head HA-705-Lk-907.
  • a suitable signal converter (gateway) is the MD 50 2 N (2 channels) or the MD 50 4 N (4 channels).
  • photoelectric position sensors are preferably used.
  • An example of such a photoelectric position sensor with a resolution in the micrometer range is known from the series LIA Numerik Jena.
  • Another advantage of these known photoelectric position sensor is the extended measuring range, which meets the requirements in the field of rolling technology.
  • the disadvantage of this optically scanning position sensor is that it is more susceptible to contamination than the above-mentioned traditionally used sensors. It is therefore preferably installed in a rolling mill-compatible protective housing.
  • Photoelectric encoders are not signal compatible with known signal transducers having said integrated monitoring functions.
  • the present invention has the object, a known measuring device, an associated measuring method, a known rolling stand and an associated method for operating the rolling mill further to the effect that detects the position of actuators with a higher accuracy and at the same time the reliability, in particular the reliability of the position sensor and the roll stand can be increased.
  • This object is first achieved by the claimed measuring device.
  • This measuring device is characterized in that the position sensor is designed in the form of a photoelectric position sensor and the signal conversion device is adapted to receive the position sensor measuring signal of the photoelectric position sensor, convert into the Wandlerausgangsmesssig- signal with a desired signal format and in the context of an integrated first monitoring function, the amplitude of Position encoder measuring signal to compare with a predetermined amplitude threshold. The result of this comparison is preferably output at a first status output of the signal converter device.
  • This claimed measuring device advantageously combines the very high measuring accuracy of the photoelectric position sensor in the micrometer range with the first monitoring function for the position sensor.
  • the amplitude comparison in the context of the first monitoring function can advantageously be a conclusion to the operability of the position sensor and / or the protective housing and / or an associated actuator of a system, for example a rolling stand to. In this way, the reliability of the position sensor and the system is significantly increased.
  • the claimed conversion of the signal format is required in order to output the position encoder measurement signal or the converter output measurement signal to a control device of the system can.
  • the control device is in usually only able to recognize and process a particular, the desired signal format.
  • control device or the automation system of the system can be advantageously supplied with the aid of the present invention preferably in real time with highly accurate position measurement data, which are also reliable due to the monitoring function (s) performed.
  • the photoelectric position sensor is advantageously designed to represent the position of the actuator with a resolution of 80-1 microns, preferably even 50-1 microns. Furthermore, it can be provided that, after an interpolation of the position encoder measuring signal in the signal converter device, the converter output measurement signal (S3) represents a resolution for the position of the actuator (120) of 10-1 pm, preferably 4-0.01 pm.
  • the signal converter device is designed to receive the position encoder measurement signal and to convert it into the desired signal format. An intermediate conversion is undesirable because of the associated additional fault liability and also not required.
  • the supply voltage provided for the photoelectric position transmitter is compared with at least one predetermined voltage threshold value and the result is displayed at a second status output of the signal converter device. In this way, condition monitoring ensures that a fault in the power supply of the photoelectric position sensor takes place in good time can be detected and corrected before the locator may fail completely.
  • the speed derived from the position encoder measurement signal and / or the determined acceleration with which a change in the position of the actuator is compared with a predetermined speed and / or acceleration threshold value and the result of this comparison on a If the predetermined speed and / or acceleration threshold values are exceeded or exceeded, the result can be a defect in the position transmitter or in the actuator. Individual or both components can then be replaced immediately, in some cases long before routine check-ups, which typically only occur at longer intervals. Furthermore, a calibration function can be provided in the signal converter device for recalibrating the photoelectric position sensor.
  • the recalibration comprises, in particular, an automatically regulated adaptation of the input impedance of the signal converter device to the impedance of the line between the position transmitter and the signal converter device.
  • the recalibration can be displayed on a fourth status output of the signal converter device.
  • the second and third monitoring functions as well as the calibration function may be present individually or in combination in addition to the first monitoring function.
  • the status signals at the status outputs of the signal converter simplify troubleshooting and increase operational safety and system availability.
  • the status outputs enable an alarm to be generated upon reaching or exceeding or falling below the specified threshold values.
  • the signal converter device can be connected to a data bus, for example the profile bus, preferably the real-time bus EtherCat.
  • the status outputs of the signal converter can be conveniently read out via the data bus.
  • Signal converters can also be parameterized remotely via the bus interface.
  • the signal converter device with its numerous functions is preferably designed in the form of a Field Programmable Gate Array FPGA.
  • the abovementioned object of the invention is furthermore achieved by a measuring method, a rolling stand with the claimed measuring device and by a method for operating the rolling stand.
  • the advantages of these solutions correspond to the advantages mentioned above with reference to the claimed measuring device.
  • the actuators according to the invention are, for example, hydraulic cylinders. These can be used in the roll stand for different functions and, accordingly, also at different positions in the roll stand.
  • a first actuator can be a setting cylinder for setting the roller perpendicular to the plane xz of the rolling stock to be rolled, that is, for adjusting the rolling gap of the rolling stand.
  • a second actuator may serve to displace the roller in its axial direction z.
  • a third actuator may be configured to move the roller in or against the rolling direction x parallel to the plane xy of the rolling stock (horizontal shifting).
  • a fourth actuator may also be designed as a bending device, in particular as a bending cylinder for setting a desired bending of the roller, in particular the working and / or intermediate rollers. In the adjusting device, individual or a combination of the first, second, third and fourth actuators may be provided.
  • roller in the sense of the invention means a work roll, a support roll and / or an intermediate roll in the roll stand.
  • the position sensor is advantageously installed in a protective housing.
  • the first monitoring function advantageously makes it possible, in particular, to monitor the protective housing for mechanical errors (leaks and / or mechanical games) and to predict a possible failure on the basis of the signal amplitude.
  • FIG. 1 shows the measuring chain of the present invention
  • FIG. 2 shows a rolling stand with the photoelectric according to the invention
  • FIG. 1 shows the measuring device 100 according to the invention as part of a measuring chain.
  • the measuring device 100 initially comprises a photoelectric posi- tion generator 1 10, which is associated with a system, for example a rolling stand.
  • the position sensor 1 10 is followed directly, without the interposition of an intermediate converter means, a signal converter means 120 downstream.
  • the signal converter device 120 supplies the position transmitter 1 10 with a supply voltage U.
  • the photoelectric position sensor 1 10 generates a position transmitter measuring signal S1 as an output signal, which is received by the signal converter device 120.
  • the signal converter device 120 is designed to convert the received position encoder measurement signal S1 into a desired signal format and to output the resulting signal as a converter output measurement signal S3, for example to a controller 200 for the system (not shown in FIG. 1).
  • the desired signal format corresponds to the signal format, which can be received and processed by the control device.
  • the control device 200 may generally be an automation device, in particular also a control device.
  • the control device 200 is typically designed to control at least one actuator 320 of the system, preferably taking into account the received converter output measurement signal S3.
  • the signal lines shown in FIG. 1 for transmitting the position encoder measuring signal S1, the converter output measuring signal S3 and for controlling the actuator 320 may be formed at least partially in the form of optical waveguides.
  • the use of optical waveguides offers the advantage of low losses in signal transmission over long distances and low susceptibility to interference, in particular to electromagnetic interference.
  • the signal transmission on all the said signal lines is preferably in real time.
  • the signal converter device 120 is adapted to be coupled to a preferably digital data bus, for example the Profibus.
  • a preferably digital data bus for example the Profibus.
  • EtherCat Especially recommended for use in metallurgical plants, such as rolling mills, is the real-time bus EtherCat.
  • This bus has the advantage that both the position encoder measuring signal and the status signals generated by the signal converter device 120 and the transducer output measurement signal may preferably be transmitted jointly via the bus.
  • the preferably digital status signals output at the status outputs 121, 122, 123, 124 of the signal converter device 120 can, for example, be output via the data bus 130 to the control device 200 and / or a display device 500.
  • FIG. 2 shows a preferred application for the measuring device according to the invention, namely a rolling stand 300.
  • the rolling stand 300 comprises two opposing work rolls 310, which are arranged at a distance from one another and span a rolling gap for rolling rolling stock 400.
  • the roll stand 300 optionally includes the intermediate rolls 312 and support rolls 314, likewise shown in FIG. 2, which are mounted so as to be displaceable in bearing housings, so-called chocks, in the stand window 330 of the rolling mill stand 300.
  • the rolling direction is designated by the parameter x. From this, the parameters y and z denote the other Cartesian coordinates.
  • actuators 320 are further shown for hiring the rollers, in particular the work rolls.
  • the first actuator 320-1 is adapted to effect a vertical adjustment of the rollers and in particular the work rolls and thus an adjustment of the size of the nip between the work rolls.
  • actuators 320-2 are shown, which may be formed as a bending device for setting a desired bending of the work rolls 310 and / or the intermediate rolls 312.
  • actuators for vertical adjustment and bending further actuators for axial and horizontal displacement of particular Work rolls can be provided, which are not shown in Figure 2.
  • actuators are according to the invention associated with photoelectric position sensor 1 10 for detecting the respective current position of the actuators 320, preferably with a resolution of 1-100 microns, preferably 1-50 microns.
  • the position of the actuator thus detected is in each case represented by the position sensor measurement signal S1 generated by the position transmitter 110 and supplied to the signal converter device 120 according to FIG.
  • the position encoder measurement signal S1 is evaluated in the signal converter device 120 in various ways.
  • a first evaluation takes place within the framework of a performance of a first monitoring function, which provides that the amplitude of the position encoder measuring signal S1 is compared with a predetermined amplitude threshold value.
  • Such monitoring of the signal level or the amplitude allows a statement about the quality of the position encoder measurement signal.
  • the signal quality in turn allows a statement about the functionality of the position sensor 1 10 or its associated parts of the system, in particular the actuators 320 or the protective housing.
  • amplitude thresholds By appropriate selection of the amplitude thresholds, a statement can be made as to whether the amplitude of the position encoder measurement signal reaches the predetermined amplitude threshold value to 100% or only to a limited extent, for example to 87, 63 or even only 44% percent.
  • this monitoring in the signal converter device 120 it is possible to draw conclusions about the general and / or mechanical state of, in particular, the measuring device 100, more particularly the position measuring device 110.
  • the photoelectric encoder typically includes an optoelectronic readhead and a high resolution ruler in the micrometer range, wherein in one measurement either the ruler on the readhead or vice versa, the readhead is pushed past the ruler.
  • the position of, in particular, the actuator 320 is determined precisely. Long periods of operation can cause soiling and / or wear, such as knock-outs or mechanical play. These fouling or wear can also occur, although the photoelectric position sensor is preferably housed in a protective housing. If the threshold comparison shows that the position encoder 1 10 no longer delivers the full amplitude, this suggests that the said mechanical wear or contamination of the position sensor.
  • a second monitoring function can be integrated in the signal converter device 120.
  • This second monitoring function provides for comparing the supply voltage U, which is typically provided by the signal converter device 120 for the position transmitter 1100, with at least one predetermined voltage threshold value. In this way it can be easily checked whether the supply voltage for the position sensor 1 10 does not fall below a predetermined minimum value. The result of this comparison is preferably output at a second digital status output 122 of the signal converter device 120. Furthermore, a third monitoring function can be integrated in the signal converter device 120, the position encoder measuring signal S1 being evaluated with regard to the speed and / or the acceleration with which the change of the position of the actuator takes place.
  • the thus determined speed and / or acceleration is in each case compared with a predefined speed and / or acceleration threshold value, and the result of this comparison is preferably output digitally at a third status output 121 of the signal converter device 120.
  • the third monitoring function can also provide that no comparison takes place and that the determined speed and / or acceleration as such is output eg via the data bus from the signal converter device.
  • a detected deviation for example the determined acceleration from the acceleration threshold value, may indicate a more or less existing play of the mechanical components in the roll stand, for example play of the chocks of the rolls 310, 312, 314 or play with the position sensor not mounted correctly.
  • a calibration function can be integrated in the signal converter device, which checks, for example, whether the calibration of the photoelectric position sensor is still correct. With or without such prior checking, the integrated calibration function is configured to recalibrate the photoelectric position sensor.
  • an interpolation function can be integrated in the signal converter device which interpolates the received position encoder measurement signal.
  • the transducer output measurement signal then represents the interpolated (and typically also converted) position encoder measurement signal.
  • the interpolation has the advantage that the resolution of the position of the actuator associated with the position transmitter can be specified even more accurately than by the non-interpolated position sensor measurement signal. While the photoelectric position encoder measurement signal already enables a resolution of 80-1 pm, preferably 50-1 pm, the interpolated position encoder measurement signal or the converter output measurement signal permits a resolution of 10 -1 pm, preferably 4 - 0.01 pm.
  • the signal converter device 120 with the integrated first, second and / or third monitoring function and optionally also with the calibration function and the interpolation function is preferably in the form of a field-programmable gate array.
  • the signal converter 120 also called a gateway, provides the status signals which enable monitoring, in particular, of the position transmitter 110, but also of the associated system parts; Keyword: "Condition Monitoring” be designed to provide certain additional information, such as operating time, error rate, type of error, semi-absolute position and the above-mentioned monitoring functions or provide.
  • Keyword: "Condition Monitoring” be designed to provide certain additional information, such as operating time, error rate, type of error, semi-absolute position and the above-mentioned monitoring functions or provide.
  • the signal converter device 120 preferably receives a position value via the data bus. For this position value, the signal converter device 120 can add, depending on the direction, the respective current position, which is represented by the position encoder measuring signal S1, and the thus formed semi-absolute position can subsequently be interrogated again via the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Walzgerüst sowie zugehörige Verfahren für eine hochgenaue Positionserfassung. Um die Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit der Messvorrichtung in Form eines Positionsgebers zu erhöhen, sieht die vorliegende Erfindung vor, den Positionsgeber als photoelektrischen Positionsgeber auszubilden und eine dem photoelektrischen Positionsgeber zugeordnete Signalwandlereinrichtung (120) dahingehend auszubilden, dass das Positionsgebermesssignal (S1) des photoelektrischen Positionsgebers nicht nur empfangen und in das Wandlerausgangsmesssignal mit dem gewünschten Signalformat umgewandelt, sondern dort auch die Amplitude des Positionsgebermesssignals mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert verglichen wird.

Description

Messvorrichtung und Walzgerüst sowie Verfahren zum Betreiben der beiden Vorrichtungen
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit einem Positionsgeber zum Erzeugen eines Positionsgebermesssignals, welches die jeweils aktuelle Position eines Stellglieds repräsentiert, und eine Signalwandlereinrichtung zum Umwandeln des Positionsgebermesssignals in ein Wandlerausgangsmesssignal mit einem gewünschten Signalformat. Die Signalwandlereinrichtung ist weiterhin ausgebildet, eine integrierte erste Überwachungsfunktion auszuführen durch Vergleichen der Amplitude des Positionsgebermesssignals mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein entsprechendes Messverfahren, ein Walzgerüst mit der besagten Messvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben des Walzgerüstes.
Im Stand der Technik sind Walzgerüste zum Walzen von insbesondere metallischem Walzgut hinlänglich bekannt. Die Walzgerüste verfügen typischerweise über zwei gegeneinander angestellte Arbeitswalzen, welche einen Walzspalt aufspannen, zum Walzen des Walzgutes. Neben den Arbeitswalzen können die Walzgerüste auch Stütz- und Zwischenwalzen aufweisen. Die Walzen werden typischerweise mit Hilfe von Hydraulikzylindern in gewünschter Weise angestellt bzw. positioniert. Die Position der Anstellzylinder bzw. der Walzen wird typischerweise mit Hilfe von Positionsgebern erfasst und überwacht. Als Positionsgeber werden traditionell typischerweise mangnetostriktive, magnetoresestive, induktive oder spezielle Sensoren, wie lineare variable Diffe- renzialtransformatoren LVDT verwendet. Andere Messprinzipien, zum Beispiel kapazitive kommen quasi nicht zum Einsatz, weil entweder der erforderliche Messbereich nicht abgedeckt werden kann oder die Messgenauigkeit nicht aus- reichend ist oder weil diese Positionsgeber den erschwerten Umgebungsbedin- gungen beim Einsatz an Walzgerüsten (zum Beispiel hohe Temperatur oder hohe Luftfeuchtigkeit) nicht standhalten.
Gemäß einer traditionellen Messkette wird das von den traditionell verwendeten Positionsgebern erzeugte Positionsgebermesssingal über eine Signalleitung an einen Signalwandler geführt, welcher das Positionsgebermesssignal einliest und es in ein gewünschtes Signalformat umwandelt, zum Beispiel in ein für eine nachfolgende Weiterverarbeitung geeignetes Signalformat. Schließlich wird das umgewandelte Signal über eine weitere Signalleitung an eine Steuereinrichtung ausgegeben, zum Beispiel für das Walzgerüst. Neben den genannten Funktio- nen leisten die traditionellen Signalwandlereinrichtungen auch diverse Überwachungsfunktionen. Dabei handelt es sich zum Beispiel um eine Überwachung der Geschwindigkeit, mit welcher der Positionsgeber oder ein zugeordnetes Stellglied bewegt werden, eine Überwachung der für den Positionsgeber bereitgestellten Versorgungsspannung oder eine Überwachung der Güte des Positi- onsgebermesssignals, insbesondere durch Auswerten von dessen Amplitude. Die Ergebnisse dieser durchgeführten Überwachungen werden auch bereits traditionell an typischerweise digitalen Statusausgängen der Signalwandeinrichtung für eine weitere Nutzung und Bearbeitung zur Verfügung gestellt. Der Abgriff dieser Statusinformationen kann zum Beispiel mit Hilfe eines Profibusses erfolgen. Ein Beispiel für einen traditionell verwendeten Signalwandler, auch Gateway genannt, welcher geeignet ist für einen Anschluss an den Profibus, ist zum Beispiel der Signalwandler„Profibus DPVO" der Firma Leine & Linde GmbH, Aalen, Deutschland. Der Ausfall eines Positionsgebers hat in der Regel nicht nur den Ausfall des entsprechenden Messsystems, sondern oftmals auch den Ausfall einer kompletten Anlage, zum Beispiel eines Walzgerüstes zur Folge. Die genannten Überwachungsfunktionen in den Signalwandlern (Condition Monitoring) stellen deshalb traditionell ein probates Mittel für die Anlagenbetreiber dar, Fehler bei den traditionell verwendeten Sensoren frühzeitig zu erkennen und diese dem- entsprechend frühzeitig auszutauschen, vorzugsweise bevor ein Ausfall einer gesamten Anlage erfolgt.
Die Signalwandlereinrichtungen sind immer speziell abgestimmt auf den jeweils verwendeten Positionsgeber, insbesondere auf das von ihm erzeugte Positi- onsgebermesssignal. Signalwandlereinrichtungen mit den genannten Überwachungsfunktionen zum Realisieren eines gewünschten Condition Monitoring stehen derzeit nur für die oben erwähnten traditionell verwendeten magne- tostriktiven, magnetoresistiven oder LVDT-Sensoren zur Verfügung. Ein solches Messsystem bestehend aus Positionsgeber und darauf abgestimmtem Signal- wandler, wie er insbesondere auch für Walzgerüste verwendet wird, wird zum Beispiel von der Firma Magnescale Europe GmbH, der Mori Seiki Co. Ltd. angeboten. Der Positionsgeber umfasst einen Maßstab MSS 976 R und einen Lesekopf HA-705-Lk-907. Ein dazu passender Signalwandler (Gateway) ist der MD 50 2 N (2 Kanäle) oder der MD 50 4 N (4 Kanäle).
Die erwähnten und traditionell verwendeten Positionsgebertypen genügen jedoch oftmals nicht mehr heutigen Anforderungen an eine hohe Messgenauigkeit im M ikrometerbereich. Zur Erzielung dieser Messgenauigkeiten werden vorzugsweise photoelektrische Positionsgeber verwendet. Ein Beispiel für einen derartigen photoelektrischen Positionsgeber mit einer Auflösung im Mikrometer- Bereich ist aus der Baureihe LIA der Firma Numerik Jena bekannt. Ein weiterer Vorteil dieser bekannten photoelektrischen Positionsgeber ist der erweiterte Messbereich, der den Erfordernissen im Bereich der Walztechnik genügt. Nachteil dieses optisch abtastenden Positionsgebers ist, dass er anfälliger gegen- über Verunreinigungen ist als die oben genanten traditionell verwendeten Sensoren. Er ist deshalb vorzugsweise in einem walzwerksgerechten Schutzgehäuse verbaut.
Photoelektrische Positionsgeber sind nicht Signal-kompatibel mit bekannten Signalwandlern mit den besagten integrierten Überwachungsfunktionen. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Messvorrichtung, ein zugehöriges Messverfahren, ein bekanntes Walzgerüst sowie ein zugehöriges Verfahren zum Betreiben des Walzgerüstes dahingehend weiter zu bilden, dass die Position von Stellgliedern mit einer höheren Messgenauigkeit erfasst und gleichzeitig die Zuverlässigkeit, insbesondere die Ausfallsicherheit des Positionsgebers und des Walzgerüstes erhöht werden können.
Diese Aufgabe wird zunächst durch die beanspruchte Messvorrichtung gelöst. Diese Messvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber in Form eines photoelektrischen Positionsgebers ausgebildet ist und die Signalwandlereinrichtung ausgebildet ist, das Positionsgebermesssignal des photoelektrischen Positionsgebers zu empfangen, in das Wandlerausgangsmesssig- nal mit einem gewünschten Signalformat umzuwandeln und im Rahmen einer integrierten ersten Überwachungsfunktion die Amplitude des Positionsgeber- messsignals mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert zu vergleichen. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird vorzugsweise an einem ersten Statusausgang der Signalwandlereinrichtung ausgegeben.
Diese beanspruchte Messvorrichtung kombiniert in vorteilhafter Weise die sehr hohe Messgenauigkeit des photoelektrischen Positionsgebers im Mikrometer- Bereich mit der ersten Überwachungsfunktion für den Positionsgeber. Der Amplitudenvergleich im Rahmen der ersten Überwachungsfunktion lässt vorteilhafterweise einen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit des Positionsgebers und/oder des Schutzgehäuses und/oder eines zugeordneten Stellglieds einer Anlage, zum Beispiel eines Walzgerüstes, zu. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit des Positionsgebers und der Anlage signifikant erhöht.
Die beanspruchte Umwandlung des Signalsformates ist erforderlich, um das Positionsgebermesssignal bzw. das Wandlerausgangsmesssignal an eine Steuereinrichtung der Anlage ausgeben zu können. Die Steuereinrichtung ist in der Regel nur in der Lage, ein bestimmtes, das gewünschte Signalformat zu erkennen und zu verarbeiten.
Die Steuereinrichtung bzw. das Automatisierungssystem der Anlage können vorteilhafterweise mit Hilfe der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in Echtzeit m it hochgenauen Positionsmessdaten versorgt werden, die aufgrund der durchgeführten Überwachungsfunktion(en) auch zuverlässig sind.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist der photoelektrische Positionsgeber vorteilhafterweise ausgebildet, die Position des Stellglieds mit einer Auflö- sung von 80-1 Mikrometer, vorzugsweise sogar von 50-1 Mikrometer zu repräsentieren. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Wandlerausgangsmess- signal (S3) nach einer Interpolation des Positionsgebermesssignals in der Signalwandlereinrichtung eine Auflösung für die Position des Stellglieds (120) von 10-1 pm, vorzugsweise von 4-0,01 pm repräsentiert.
Die unmittelbare Ankopplung des photoelektrischen Positionsgebers mit seinem Ausgangssignal an die Signalwandlereinrichtung, ohne dass Zwischenwandler dazwischen geschaltet sind, bietet den Vorteil einer größeren Messgenauigkeit und Signalrepräsentanz. Erfindungsgemäß ist die Signalwandlereinrichtung ausgebildet, das Positionsgebermesssignal zu empfangen und in das gewünschte Signalformat umzuwandeln. Eine Zwischenwandlung ist aufgrund der damit verbundenen zusätzlichen Fehlerbehaftung unerwünscht und auch nicht erforderlich. Gemäß einer in der Signalwandlereinrichtung vorzugsweise ebenfalls realisierten zweiten Überwachungsfunktion wird die für den photoelektrischen Positionsgeber bereitgestellte Versorgungsspannung mit mindestens einem vorgegebenen Spannungsschwellenwert verglichen und das Ergebnis wird an einem zweiten Statusausgang der Signalwandlereinrichtung angezeigt. Auf diese Wei- se wird im Rahmen des Condition Monitoring sichergestellt, dass ein Fehler in der Spannungsversorgung des photoelektrischen Positionsgebers rechtzeitig erkannt und behoben werden kann, bevor der Positionsgeber möglicherweise ganz ausfällt.
Im Rahmen einer dritten Überwachungsfunktion wird die aus dem Positionsge- bermesssignal abgeleitete Geschwindigkeit und/oder die ermittelte Beschleuni- gung, mit welcher eine Änderung der Position des Stellglieds erfolgt, mit einem vorgegebenen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsschwellenwert verglichen und das Ergebnis dieses Vergleichs an einem dritten Statusausgang der S ignalwand lereinrichtung bereitgestel lt. Sol lten die vorgegebenen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsschwellenwerte unter- oder ü- berschritten werden, so lässt dies auf einen Defekt in dem Positionsgeber oder in dem Stellglied schließen. Einzelne oder beide Komponenten können dann sofort ausgetauscht werden, zum Teil schon lange vor routinemäßigen Kontrolluntersuchungen, die typischerweise nur in längeren Zeitabständen erfolgen. Weiterhin kann in der Singalwandlereinrichtung eine Kalibrierungs-Funktion vorgesehen sein zum Neukalibrieren des photoelektrischen Positionsgebers. Die Neukalibrierung umfasst insbesondere eine automatisch geregelte Anpassung der Eingangsimpedanz der Signalwandlereinrichtung an die Impedanz der Leitung zwischen dem Positionsgeber und der Signalwandlereinrichtung. Die erfolgte Neukalibrierung kann an einem vierten Statusausgang der Signalwandlereinrichtung angezeigt werden.
Die zweite und dritte Überwachungsfunktion sowie die Kalibrierfunktion können einzeln oder in Kombination zusätzlich zu der ersten Überwachungsfunktion vorhanden sein.
Die Statussignale an den Statusausgängen der Signalwandlereinrichtung erleichtern die Fehlersuche und erhöhen die Betriebssicherheit und die Anlagenverfügbarkeit. Die Statusausgänge ermöglichen eine Alarmgenerierung bei Er- reichen oder Überschreiten bzw. Unterschreiten der vorgegebenen Schwellenwerte. Vorteilhaferweise ist die Signalwandlereinrichtung an einen Datenbus, beispielsweise den Profilbus, vorzugsweise den echtzeitfähigen Bus EtherCat anschließbar. Über den Datenbus lassen sich insbesondere die Statusausgänge des Signalwandlers bequem auslesen. Über die Busankopplung ist Signalwand- ler auch aus der Ferne einfach parametrierbar. Die Signalwandlereinrichtung mit ihren zahlreichen Funktionen ist vorzugsweise in Form eines Field Pro- grammable Gate Array FPGA ausgebildet.
Die oben genannten Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Messver- fahren, ein Walzgerüst mit der beanspruchten Messvorrichtung sowie durch ein Verfahren zum Betreiben des Walzgerüstes gelöst. Die Vorteile dieser Lösungen entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Messvorrichtung genannten Vorteilen. Mit Bezug auf das beanspruchte Walzgerüst, welches ein Beispiel für die im Anspruch 1 erwähnte Anlage ist, sei erwähnt, dass es sich bei den Stellgliedern im Sinne der Erfindung beispielsweise um Hydraulikzylinder handelt. Diese können im Walzgerüst für unterschiedliche Funktionen und dementsprechend auch an unterschiedlichen Positionen im Walzgerüst eingesetzt sein. So kann es sich bei einem ersten Stellglied beispielsweise um einen Anstellzylinder handeln zum Anstellen der Walze senkrecht zur Ebene x-z des zu walzenden Walzgutes, das heißt zur Einstellung des Walzspaltes des Walzgerüstes. Ein zweites Stellglied kann dazu dienen, die Walze in ihrer axialen Richtung z zu verschieben. Ein drittes Stellglied kann ausgebildet sein zum Verschieben der Walze in oder entgegen der Walzrichtung x parallel zur Ebene x-y des Walzgutes (horizontal shifting). Schließlich kann ein viertes Stellglied auch als Biegeeinrichtung, insbesondere als Biegezylinder ausgebildet sein zum Einstellen einer gewünschten Biegung der Walze, insbesondere der Arbeits- und/oder Zwischenwalzen. In der Stelleinrichtung können einzelne oder eine Kombination der ersten, zweiten, dritten und vierten Stellglieder vorgesehen sein.
Der Begriff „Walze" im Sinne der Erfindung meint eine Arbeitswalze, eine Stützwalze und/oder eine Zwischenwalze im Walzgerüst.
Zum Schutz des photoelektrischen Positionsgebers gegen die raue Umgebung des Walzgerüstes im Betrieb, insbesondere zum Schutz gegen zu hohe Temperaturen und gegen kontaminierte Luft bzw. Atmosphäre, ist der Positionsgeber vorteilhafterweise in ein Schutzgehäuse eingebaut. Die erste Überwachungs- funktion ermöglicht es vorteilhafterweise insbesondere das Schutzgehäuse auf mechanische Fehler (Undichtigkeiten und/oder mechanische Spiele) zu überwachen und einen möglichen Ausfall anhand der Signalamplitude zu prognostizieren.
Der Beschreibung sind zwei Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 die Messkette der vorliegenden Erfindung; und Figur 2 ein Walzgerüst mit den erfindungsgemäßen photoelektrischen
Positionsgebern zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Merkmale mit gleichen Bezugzeichen bezeichnet. Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Messvorrichtung 100 als Teil einer Messkette. Die Messvorrichtung 100 umfasst zunächst einen photoelektrischen Posi- tionsgeber 1 10, welcher einer Anlage, zum Beispiel einem Walzgerüst zugeordnet ist. Dem Positionsgeber 1 10 ist unmittelbar, ohne Zwischenschaltung einer Zwischenwandlereinrichtung, eine Signalwandlereinrichtung 120 nachgeschaltet. Die Signalwandlereinrichtung 120 versorgt den Positionsgeber 1 10 mit einer Versorgungsspannung U. Der photoelektrische Positionsgeber 1 10 gene- riert ein Posi-tionsgebermesssingal S1 als Ausgangssignal, welches von der Signalwandlereinrichtung 120 empfangen wird. Die Signalwandlereinrichtung 120 ist ausgebildet, das empfangene Positionsgebermesssignal S1 in ein gewünschtes Signalformat umzuwandeln und das daraus resultierende Signal als Wandlerausgangsmesssignal S3 zum Beispiel an eine Steuereinrichtung 200 für die Anlage (in Figur 1 nicht gezeigt) auszugeben. Das gewünschte Signalformat entspricht dem Signalformat, welches von der Steuereinrichtung empfangen und verarbeitet werden kann. Bei der Steuereinrichtung 200 kann es sich im Allgemeinen um eine Automatisierungseinrichtung, insbesondere auch eine Regeleinrichtung handeln. Die Steuereinrichtung 200 ist typischerweise ausgebildet, mindestens ein Stellglied 320 der Anlage anzusteuern, vorzugsweise unter Berücksichtung des empfangenen Wandlerausgangsmesssignals S3. Die in Figur 1 gezeigten Signalleitungen zur Übertragung des Positionsge- bermesssignals S1 , des Wandlerausgangsmesssignals S3 und zur Ansteue- rung des Stellglieds 320 können zumindest teilweise in Form von Lichtwellenlei- tern ausgebildet sein. Die Verwendung von Lichtwellenleitern bietet den Vorteil geringer Verluste bei der Signalübertragung über große Distanzen und geringe Störanfälligkeit, insbesondere gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen. Die Signalübertragung auf all den genannten Signalleitungen erfolgt vorzugsweise in Echtzeit.
Vorzugsweise ist die Signalwandlereinrichtung 120 zur Ankopplung an einen vorzugsweise digitalen Datenbus, zum Beispiel den Profibus, geeignet ausgebildet. Besonders empfehlenswert insbesondere für die Verwendung in hüttentechnischen Anlagen, wie Walzwerken, ist der echtzeitfähige Bus EtherCat. Dieser Bus bietet den Vorteil, dass sowohl das Positionsgebermesssignal wie auch die von der Signalwandlereinrichtung 120 generierten Statussignale und das Wandlerausgangsmesssignal vorzugsweise gemeinsam über den Bus übertragen werden können.
Die an den Statusausgängen 121 , 122, 123, 124 der Signalwandlereinrichtung 120 ausgegebenen vorzugsweise digitalen Statussignale können beispielswei- se über den Datenbus 130 an die Steuereinrichtung 200 und/oder eine Anzeigeeinrichtung 500 ausgegeben werden.
Figur 2 zeigt eine bevorzugte Anwendung für die erfindungsgemäße Messvorrichtung, nämlich ein Walzgerüst 300. Das Walzgerüst 300 umfasst zwei gege- nüberstehende Arbeitswalzen 310, welche beabstandet zueinander angeordnet sind und einen Walzspalt zum Walzen von Walzgut 400 aufspannen. Das Walzgerüst 300 umfasst neben den Arbeitswalzen 310 optional die ebenfalls in Figur 2 gezeigten Zwischenwalzen 312 und Stützwalzen 314, die jeweils in Lagergehäusen, so genannten Einbaustücken, im Ständerfenster 330 des Walz- gerüstes 300 verschiebbar gelagert sind. In Figur 2 ist die Walzrichtung mit dem Parameter x bezeichnet. Davon ausgehend bezeichnen die Parameter y und z die weiteren kartesischen Koordinaten.
In Figur 2 sind weiterhin Stellglieder 320 gezeigt zum Anstellen der Walzen, insbesondere der Arbeitswalzen. So ist das erste Stellglied 320-1 ausgebildet, eine Vertikalanstellung der Walzen und insbesondere der Arbeitswalzen und damit eine Einstellung der Größe des Walzspaltes zwischen den Arbeitswalzen zu bewirken. Weiterhin sind Stellglieder 320-2 gezeigt, welche als Biegeeinrichtung ausgebildet sein können zum Einstellen einer gewünschten Biegung der Arbeitswalzen 310 und/oder der Zwischenwalzen 312. Neben der beiden gezeigten Stellgliedern für vertikale Anstellung und Biegung können weitere Stellglieder für axiale und horizontale Verschiebung von insbesondere der Arbeitswalzen vorgesehen sein, die jedoch in Figur 2 nicht gezeigt sind. Allen oder zumindest einzelnen der genannten Stellglieder sind erfindungsgemäß photoelektrische Positionsgeber 1 10 zugeordnet zum Erfassen der jeweils aktuellen Position der Stellglieder 320 mit vorzugsweise einer Auflösung von 1 - 100 Mikrometern, vorzugsweise 1 -50 Mikrometern. Die so erfasste Position des Stellglieds wird jeweils durch das von dem Positionsgeber 1 10 erzeugte Positi- onsgebermesssignal S1 repräsentiert und gemäß Figur 1 der Signalwandlereinrichtung 120 zugeführt.
Abgesehen von der Umwandlung in ein gewünschtes Signalformat wird das Positionsgebermesssignal S1 in der Signalwandlereinrichtung 120 in verschiedener Weise ausgewertet. Eine erste Auswertung erfolgt im Rahmen einer Durchführung einer ersten Überwachungsfunktion, welche vorsieht, dass die Amplitude des Positionsgebermesssignals S1 mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert verglichen wird. Eine derartige Überwachung des Signalpegels bzw. der Amplitude ermöglicht eine Aussage über die Güte des Positionsgebermesssignals. Die Signalgüte wiederum ermöglicht eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des Positionsgebers 1 10 oder der ihm zugeordneten Anlagenteile, insbesondere der Stellglieder 320 oder des Schutzgehäuses. Durch entsprechende Wahl der Amplituden-Schwellenwerte kann eine Aussage getroffen werden, ob die Amplitude des Positionsgebermesssignals den vorgegebenen Amplituden- Schwellenwert zu 100 % oder nur in eingeschränktem Maße, zum Beispiel zu 87, 63 oder gar nur zu 44 % Prozent erreicht. Durch diese Überwachung in der Signalwandlereinrichtung 120 können Rückschlüsse auf den generel len und/oder mechanischen Zustand von insbesondere der Messvorrichtung 100, weiter insbesondere dem Positionsmessgeber 1 10 gezogen werden.
Beispiel:
Der photoelektrische Positionsgeber umfasst typischerweise einen optischelektronischen Lesekopf und ein Lineal m it hoher Auflösung im Mikrometer- Bereich, wobei bei einer Messung entweder das Lineal an dem Lesekopf oder umgekehrt, der Lesekopf an dem Lineal vorbei geschoben wird. Auf diese Wei- se wird die Position von insbesondere dem Stellglied 320 genau ermittelt. Bei langer Betriebszeit können Verschmutzung und/oder Abnutzungserscheinungen, wie Abschlagungen oder mechanische Spiele eintreten. Diese Verschmutzungen oder Abnutzungserscheinungen können auch eintreten, obwohl der photoelektrische Positionsgeber vorzugsweise in einem Schutzgehäuse untergebracht ist. Wenn der Schwellenwertvergleich ergibt, dass der Positionsmessgeber 1 10 nicht mehr die volle Amplitude liefert, so lässt dies auf den besagten mechanischen Verschleiß oder auf Verschmutzungen des Positionsgebers schließen. Neben der ersten Überwachungsfunktion kann eine zweite Überwachungsfunktion in der Signalwandlereinrichtung 120 integriert sein. Diese zweite Überwachungsfunktion sieht vor, die typischerweise von der Signalwandlereinrichtung 120 für den Positionsgeber 1 1 0 bereitgestellte Versorgungsspannung U mit mindestens einem vorgegebenen Spannungsschwellenwert zu vergleichen. Auf diese Weise kann einfach überprüft werden, ob die Versorgungsspannung für den Positionsgeber 1 10 einen vorgegebenen Minimalwert nicht unterschreitet. Das Ergebnis dieses Vergleiches wird vorzugsweise an einem zweiten digitalen Statusausgang 122 der Signalwandlereinrichtung 120 ausgegeben. Weiterhin kann eine dritte Überwachungsfunktion in der Signalwandlereinrichtung 120 integriert sein, wobei das Positionsgebermesssignal S1 im Hinblick auf die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung, mit welcher die Änderung der Position des Stellglieds erfolgt, ausgewertet wird. Die so ermittelte Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung wird jeweils mit einem vorgegebenen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsschwellenwert verglichen und das Ergebnis dieses Vergleiches wird an einem dritten Statusausgang 121 der Signalwandlereinrichtung 120 vorzugsweise digital ausgegeben. Alternativ kann die dritte Überwachungsfunktion auch vorsehen, dass kein Vergleich stattfindet und dass die ermittelte Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung als solche z.B. über den Datenbus von der Signalwandlereinrichtung ausgegeben wird. Eine festgestellte Abweichung, zum Beispiel der ermittelten Beschleunigung von dem Beschleunigungsschwellenwert, kann auf ein mehr oder weniger vorhandenes Spiel der mechanischen Komponenten im Walzenständer, zum Beispiel Spiel der Einbaustücke der Walzen 310, 312, 314 oder Spiel bei nicht korrekt montiertem Positionsgeber hindeuten.
Weiterhin kann eine Kalibrierungsfunktion in der Signalwandlereinrichtung integriert sein, welche zum Beispiel prüft, ob die Kalibrierung des photoelektrischen Positionsgebers noch ordnungsgemäß ist. Mit oder ohne einer solchen vorherigen Überprüfung ist die integrierte Kalibrierungsfunktion ausgebildet, eine Neukalibrierung für den photoelektrischen Positionsgeber 1 10 vorzunehmen.
Schließlich kann eine Interpolationsfunktion in der Signalwandlereinrichtung integriert sein, welche das empfangene Positionsgebermesssignal interpoliert. Das Wandlerausgangsmesssignal repräsentiert dann das interpolierte (und typischerweise auch umgewandelte) Positionsgebermesssignal. Die Interpolation hat den Vorteil, dass die Auflösung der Position des dem Positionsgeber zugeordneten Stellglieds noch genauer angegeben werden kann, als durch das nicht-interpolierte Positionsgebermesssignal. Während das photoelektrische Positionsgebermesssignal bereits eine Auflösung von 80 -1 pm, vorzugsweise 50 -1 pm ermöglicht, ermöglicht das interpolierte Positionsgebermesssignal bzw. das Wandlerausgangsmesssignal eine Auflösung von 10 -1 pm, vorzugsweise 4 - 0,01 pm. Die Signalwandlereinrichtung 120 mit der integrierten ersten, zweiten und/oder dritten Überwachungsfunktion und optional auch mit der Kalibrierungsfunktion und der Interpolationsfunktion ist vorzugsweise in Form eines Field Program- mable Gate Array ausgebildet. Der Signalwandler 120, auch Gateway genannt, stellt die Statussignale zur Verfügung, die eine Überwachung von insbesondere dem Positionsgeber 1 1 0, aber auch der zugeordneten Anlagenteile ermöglichen; Stichwort: „Condition Monitoring". Die Signalwandlereinrichtung kann so ausgebildet sein, bestimmte Zusatzinformationen, wie zum Beispiel Betriebszeit, Fehlerhäufigkeit, Fehlerart, semi absolute Position sowie die oben erwähnten Überwachungsfunktionen aufzuführen bzw. bereitzustellen. Zum Bereitstellen der semi absoluten Position erhält der die Signalwandlereinrichtung 120 vorzugsweise per Datenbus einen Positionswert. Zu diesem Positionswert kann die Signalwandlereinrichtung 120 richtungsabhängig die jeweils aktuelle Position, die durch das Positionsgebermesssignal S1 repräsentiert wird, hinzuaddieren und die so gebildete semi absolute Position kann anschließend über den Datenbus wieder abgefragt werden.
Bezugszeichenliste
100 Messvorrichtung
1 10 Positionsgeber
120 Signalwandler
121 Erster Statusausgang
122 Zweiter Statusausgang
123 Dritter Statusausgang
124 Vierter Statusausgang 130 Datenbus
200 Steuereinrichtung für Walzgerüst
300 Walzgerüst
310 Arbeitswalze
312 Zwischenwalze
314 Stützwalze
320 Stellglied
330 Ständerfenster
400 Walzgut
500 Anzeigeeinrichtung
S1 Positionsgebermesssignal S3 Wandlerausgangsmesssignal
U Versorgungsspannung für Positionsgeber
x Walzrichtung
z Breitenrichtung des Walzgutes, Längsrichtung der Walzen y Richtung senkrecht zur Ebene des Walzgutes.

Claims

Patentansprüche:
1 . Messvorrichtung (100) mit:
einem Positionsgeber (1 10) zum Erzeugen eines Positionsgebermess- signals (S1 ), welches die jeweils aktuelle Position eines zugeordneten Stellglieds (320) einer Anlage repräsentiert; und
einer Signalwandlereinrichtung (120) zum Umwandeln des Positionsge- bermesssignals (S1 ) in ein Wandlerausgangsmesssignal (S3) mit einem gewünschten Signalformat, wobei die Signalwandlereinrichtung (120) eine integrierte erste Überwachungsfunktion aufweist zum Vergleichen der Amplitude des Positionsgebermesssignals mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Positionsgeber (1 10) in Form eines photoelektrischen Positionsgebers ausgebildet ist; und
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist, das Positionsgeber- messsignal (S1 ) des photoelektrischen Positionsgebers zu empfangen, in das Wandlerausgangsmesssignal (S3) mit dem gewünschten Signalformat umzuwandeln und die Amplitude des photoelektrischen Positionsgebermesssignals mit dem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert zu vergleichen.
2. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Positionsgebermesssignal des photoelektrischen Positionsgebers der Signalwandlereinrichtung (120) eine Auflösung für die Position des Stellglieds von 80-1 pm, vorzugsweise von 50-1 pm repräsentiert; und/oder
dass das Wandlerausgangsmesssignal (S3) nach einer Interpolation des Positionsgebermesssignals in der Signalwandlereinrichtung eine Auflösung für die Position des Stellglieds (120) von 10-1 pm, vorzugsweise von 4-0,01 μΓΠ repräsentiert.
3. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Signalwandlereinrichtung (120) dem photoelektrischen Positionsgeber (1 10) unmittelbar nachgeschaltet ist.
4. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausführung der ersten Überwachungsfunktion das Ergebnis des Vergleichs an einem ersten Statusausgang (121 ) der Signalwandlereinrichtung ausgegeben wird.
5. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist zum Ausführen einer zweiten Überwachungsfunktion, bei welcher die für den photoelektrischen Positionsgeber (1 10) bereitgestellte Versorgungsspannung (U) mit mindestens einem vorgegebenen Spannungsschwellenwert verglichen wird, und zum Ausgeben des Ergebnisses dieses Vergleichs an einem zweiten Statusausgang (122) der Signalwandlereinrichtung.
6. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist zum Ausführen einer dritten Überwachungsfunktion, bei welcher das empfangene Positions- gebermesssignal ausgewertet wird im Hinblick auf die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung mit welcher eine Änderung der Position des Stellglieds (320) erfolgt; und wobei die ermittelte Geschwindigkeit und/oder die ermittelte Beschleunigung ausgegeben wird und/oder mit einem vorgegebenen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsschwellenwert verglichen und das Ergebnis dieses Vergleiches an einem dritten Statusausgang (123) der Signalwandlereinrichtung (120) ausge- geben wird.
7. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist zum Ausführen einer Kalibierungsfunktion, bei welcher eine Neukalibrierung des photoelektrischen Positionsgebers (1 10) erfolgt, vorzugsweise nachdem zuvor eine Fehlkalibrierung des photoelektrischen Positionsgebers festgestellt wurde, und zum Anzeigen der erfolgreichen oder nicht-erfolgreichen Neukalibrierung an einem vierten Statusausgang (124) der Signalwandlereinrichtung (120).
8. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) an einen Datenbus (130), vorzugsweise den Bus EtherCat, anschließbar ausgebildet ist zum Auslesen des ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Statusausgangs (121 , 122, 123, 124) über den Datenbus.
9. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist in Form eines Free Programable Gate Array FPGA.
10. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste, zweite und / oder dritte Überwachungsfunktion und vorzugsweise auch die Kalibrierfunktion und/oder eine Interpolationsfunktion in die Signalwandlereinrichtung (120) integriert sind.
1 1 . Messverfahren mit folgenden Schritten:
Erzeugen eines Positionsgebermesssignals (S1 ), welches die jeweils ak- tuelle Position eines zugeordneten Stellglieds (320) repräsentiert;
Umwandeln des Positionsgebermesssignals (S1 ) in einer Signalwandlereinrichtung (120) in ein Wandlerausgangsmesssignal (S3) mit einem gewünschten Signalformat; und
Ausüben einer ersten Überwachungsfunktion in der Signalwandlereinrichtung (120) durch Vergleichen der Amplitude des Positionsgebermesssignals mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Positionsgebermesssignal (S1 ) als Ausgangssignal von einem photoelektrischen Positionsgeber (1 10) erzeugt wird; und
das Positionsgebermesssignal (S1 ) des photoelektrischen Positionsgebers in der Signalwandlereinrichtung (120) in das Wandlerausgangsmesssignal (S3) mit dem gewünschten Signalformat umgewandelt und die Amplitude des Positionsgebermesssignals mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert vergleichen wird.
12. Messverfahren nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsgebermesssignal (S1 ) des photoelektrischen Positionsgebers eine Auflösung für die Position des Stellglieds (120) von 80-1 pm, vorzugsweise von 50-1 pm repräsentiert; und/oder
dass das Wandlerausgangsmesssignal (S3) nach einer Interpolation des Positionsgebermesssignals in der Signalwandlereinrichtung eine Auflösung für die Position des Stellglieds (120) von 10-1 pm, vorzugsweise von 4-0,01 pm repräsentiert.
13. Messverfahren nach Anspruch 1 1 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsgebermesssignal (S1 ) des photoelektrischen Positionsgebers (1 10) ohne Zwischenwandlung direkt in die Signalwandlereinrichtung (120) eingeht und dort in das Wandlerausgangsmesssignal (S3) umgewandelt wird.
14. Messverfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
bei Ausübung der ersten Überwachungsfunktion das Ergebnis des Amplituden-Vergleichs an einem ersten Statusausgang (121 ) der Signalwandlereinrichtung ausgegeben wird.
15. Messverfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
zum Ausführen einer zweiten Überwachungsfunktion die für den photoelektrischen Positionsgeber (1 10) bereitgestellte Versorgungsspannung (U) mit mindestens einem vorgegebenen Spannungsschwellenwert verglichen und das Ergebnis dieses Vergleichs an einem zweiten Statusausgang (122) der Signalwandlereinrichtung ausgegeben wird.
16. Messverfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
zum Ausführen einer dritten Überwachungsfunktion das Positionsgeber- messsignal im Hinblick auf die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung, mit welcher die Änderung der Position des Stellglieds erfolgt, ausgewertet wird, und die ermittelte Geschwindigkeit und/oder die ermittelte Beschleunigung ausgegeben wird und/oder mit einem vorgegebenen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsschwellenwert verglichen und das Ergebnis dieses Vergleiches an einem dritten Statusausgang (123) der Signalwandlereinrichtung (120) ausgeben wird.
17. Messverfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass
automatisch oder durch manuelle Veranlassung eine Neukalibrierung des photoelektrischen Positionsgebers erfolgt, vorzugsweise nachdem zuvor eine Fehlkalibrierung des photoelektrischen Positionsgebers festgestellt wurde, und eine Anzeige der erfolgreichen oder nichterfolgreichen Neukalibrierung an einem vierten Statusausgang (124) der Signalwandlereinrichtung erfolgt.
18. Walzgerüst (300) zum Walzen eines Walzgutes (400), mit:
mindestens einer Walze (310, 312, 314);
einer Stelleinrichtung mit mindestens einem Stellglied (320) zum Anstellen der Walze (310, 312, 314);
mindestens einem dem Stellglied zugeordneten Positionsgeber (1 10) zum Erzeugen eines Positionsgebermesssignals (S1 ), welches die jeweils aktuelle Position des Stellglieds und damit die aktuelle Position von der mindestens einen Walze repräsentiert;
einer Signalwandlereinrichtung (120) zum Umwandeln des Positionsgebermesssignals in ein Wandlerausgangsmesssignal (S3) mit einem gewünschten Signalformat und zum Ausführen einer ersten Überwachungsfunktion durch Vergleichen der Amplitude des Positionsgebermesssignals mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert; und einer Steuereinrichtung (200) zum Steuern des Walzgerüstes (300) und zum Ansteuern des Stellglieds (320) nach Maßgabe des empfangenen Wandlerausgangsmesssignals (S3);
dadurch gekennzeichnet, dass
der Positionsgeber (1 10) in Form eines photoelektrischen Positionsgebers ausgebildet ist; und
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist, das Positionsgeber- messsignal (S1 ) des photoelektrischen Positionsgebers zu empfangen, in das Wandlerausgangsmesssignal (S3) mit dem gewünschten Signalformat umzuwandeln und die Amplitude des Positionsgebermesssignals mit dem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen.
19. Walzgerüst (300) nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Positionsgebermesssignal (S1 ) des photoelektrischen Positionsgebers der Signalwandlereinrichtung (120) eine Auflösung für die Position des Stellglieds von 80-1 pm, vorzugsweise von 50-1 pm repräsen- tiert; und/oder
dass das Wandlerausgangsmesssignal (S3) nach einer Interpolation des Positionsgebermesssignals in der Signalwandlereinrichtung eine Auflösung für die Position des Stellglieds (120) von 10-1 pm, vorzugsweise von 4-0,01 μηι repräsentiert.
20. Walzgerüst (300) nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Signalwandlereinrichtung (120) dem photoelektrischen Positionsgeber (1 10) unmittelbar nachgeschaltet ist.
21 .Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelleinrichtung ein erstes Stellglied (320-1 ) aufweist zum Anstellen der Walze (310, 312, 314) in einer Richtung (y) senkrecht zur Ebene (x, z) des zu walzenden Walzgutes.
22. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelleinrichtung ein zweites Stellglied aufweist zum Anstellen der Walze (310) in axialer Richtung (z) der Walze.
23. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelleinrichtung ein drittes Stellglied aufweist zum Verschieben der Walze in einer Richtung (x) parallel zur Ebene des Walzgutes in oder entgegen der Walzrichtung (x).
24. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelleinrichtung ein viertes das Stellglied (320-2) aufweist, welches als Biegeeinrichtung ausgebildet ist zum Einstellen einer gewünschten Biegung der Walze.
25. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist, bei der Ausführung der ersten Überwachungsfunktion das Ergebnis des Amplituden-
Vergleichs vorzugsweise an einem ersten Statusausgang (121 ) der Signalwandlereinrichtung auszugeben.
26. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist zum Ausführen einer zweiten Überwachungsfunktion, bei welcher die für den photoelektrischen Positionsgeber (1 10) bereitgestellte Versorgungsspannung (U) mit mindestens einem vorgegebenen Spannungsschwellenwert verglichen wird, und zum Ausgeben des Ergebnisses dieses Vergleichs an einem zweiten Statusausgang (122) der Signalwandlereinrichtung (120).
27. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist zum Ausführen einer dritten Überwachungsfunktion, bei welcher das Positionsgebermesssig- nal ausgewertet wird im Hinblick auf die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung, mit welcher eine Änderung der Position des Stellglieds erfolgt, um die ermittelte Geschwindigkeit und/oder die ermittelte Be- schleunigung auszugeben und/oder jeweils mit einem vorgegebenen
Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsschwellenwert zu vergleichen und das Ergebnis dieses Vergleiches an einem dritten Statusausgang (123) der Signalwandlereinrichtung (120) auszugeben.
28. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalwandlereinrichtung (120) ausgebildet ist zum Ausführen einer Kalibrierungsfunktion, bei welcher eine Neukalibrierung des photoelektrischen Positionsgebers erfolgt, vorzugsweise nachdem zuvor eine Fehlkalibrierung des photoelektrischen Positionsgebers festgestellt wurde, und zum Anzeigen der erfolgreichen oder nicht-erfolgreichen Neukalibrierung an einem vierten Statusausgang (124) der Signalwandlereinrichtung.
29. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) an einen Datenbus (130), vorzugsweise den Bus EtherCat, anschließbar ausgebildet ist zum Auslesen der Statusausgänge über den Datenbus.
30. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalwandlereinrichtung (120) mit der integrierten ersten, zweiten und / oder dritten Überwachungsfunktion sowie vorzugsweise auch mit der Kalibrierfunktion und/oder einer Interpolationsfunktion ausgebildet ist in Form eines Free Programable Gate Array FPGA.
31 .Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der mindestens einen Walze um eine Arbeitswalze (310), eine Stützwalze (314) oder eine Zwischenwalze (312) handelt.
32. Walzgerüst (300) nach einem der vorangegangen Ansprüche 18 bis 31 dadurch gekennzeichnet, dass
ein Schutzgehäuse vorgesehen ist zur Aufnahme des photoelektrischen Positionsgebers (1 10).
33. Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes (300) mit mindestens einer Walze (310, 312, 314) zum Walzen eines Walzgutes (400), mit einer Stelleinrichtung mit mindestens einem Stellglied (320) zum Anstellen der Walze, mit mindestens einem dem Stellglied zugeordneten Positionsgeber (1 10) zum Erzeugen eines Positionsgebermesssignals (S1 ), welches die jeweils aktuelle Position des Stellglieds (320) und damit die aktuelle Position von der mindestens einen Walze repräsentiert, mit einer Signalwandlereinrichtung (120) und mit einer Steuereinrichtung (200) zum Steuern des Walzgerüstes (300) und zum Ansteuern des Stellglieds (320), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Umwandeln des Positionsgebermesssignals (S1 ) in ein Wandleraus- gangsmesssignal (S3) der Signalwandlereinrichtung (120) mit einem gewünschten Signalformat;
Ausführen einer ersten Überwachungsfunktion in der Signalwandlereinrichtung durch Vergleichen der Amplitude des Positionsgebermesssignals mit einem vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert; und
Ansteuern des Stellglieds (120) nach Maßgabe des empfangenen Wand- lerausgangsmesssignals (S3);
dadurch gekennzeichnet, dass
das Positionsgebermesssignal (S1 ) von dem Positionsgeber (1 10) in Form eines photoelektrischen Positionsgebers erzeugt wird; und das Positionsgebermesssignal des photoelektrischen Positionsgebers in der Signalwandlereinrichtung (120) in das Wandlerausgangsmesssignal (S3) mit dem gewünschten Signalformat umgewandelt und die Amplitude des Positionsgebermesssignals mit dem vorgegebenen Amplituden- Schwellenwert verglichen wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Positionsgebermesssignal (S1 ) des photoelektrischen Positionsgebers der Signalwandlereinrichtung (120) eine Auflösung für die Position des Stellglieds von 80-1 m, vorzugsweise von 50-1 m repräsentiert; und
das Wandlerausgangsmesssignal (S3) nach einer Interpolation des Posi- tionsgebermesssignals in der Signalwandlereinrichtung eine Auflösung für die Position des Stellglieds (120) von 10-1 pm, vorzugsweise von 4- 0,01 μηι repräsentiert.
35. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte des Messverfahrens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17 mit umfasst.
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